KR20050106386A - A method for preparing carbon nanotubes using alumina templates and carbon nanotubes - Google Patents

A method for preparing carbon nanotubes using alumina templates and carbon nanotubes Download PDF

Info

Publication number
KR20050106386A
KR20050106386A KR1020050101415A KR20050101415A KR20050106386A KR 20050106386 A KR20050106386 A KR 20050106386A KR 1020050101415 A KR1020050101415 A KR 1020050101415A KR 20050101415 A KR20050101415 A KR 20050101415A KR 20050106386 A KR20050106386 A KR 20050106386A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pores
metal
solution
alumina
carbon nanotubes
Prior art date
Application number
KR1020050101415A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
서정쌍
김나리
이은미
Original Assignee
재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인서울대학교산학협력재단 filed Critical 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority to KR1020050101415A priority Critical patent/KR20050106386A/en
Publication of KR20050106386A publication Critical patent/KR20050106386A/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158Carbon nanotubes
    • C01B32/16Preparation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 탄소나노튜브 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 균일한 지름과 깊이를 가진 다공성 알루미나 나노틀의 세공에 금속 이온용액을 채운 후 증발시켜서 일정한 크기 및 형태를 갖는 촉매용 나노입자를 제조하고, 이 나노입자를 이용하여 탄소나노튜브의 지름을 조절하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon nanotube and a method for manufacturing the same, and to prepare a nanoparticle for catalyst having a uniform size and shape by evaporating after filling the metal ion solution in the pores of the porous alumina nano-frame having a uniform diameter and depth, The present invention relates to a method of controlling the diameter of carbon nanotubes using the nanoparticles.

Description

다공성 알루미나 나노틀을 이용한 탄소나노튜브의 제조방법 및 탄소나노튜브{A method for preparing carbon nanotubes using alumina templates and carbon nanotubes}A method for preparing carbon nanotubes using alumina templates and carbon nanotubes}

탄소나노튜브(Carbon Nanotube; CNT)는 탄소로 이루어진 탄소동소체의 일종이라고 할 수 있는데, 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집무늬 등의 형태로 결합되어 튜브형태를 이루고 있는 물질로서, 튜브의 직경이 나노미터(nm=10억분의 1미터) 수준으로 극히 작은 영역의 물질을 말한다. 이러한 탄소나노튜브는 우수한 기계적 특성, 전기적 선택성, 뛰어난 전계방출 특성, 고효율의 수소저장매체 특성 등을 지니고 있어 현재 활발히 연구되고 있다. 탄소나노튜브의 합성방법으로는 전기방전법, 열분해법, 레이저증착법, 플라즈마 화학 기상 증착법, 열화학기상증착법, 전기분해방법, Flame 합성법 등이 있다. Carbon Nanotube (CNT) is a kind of carbon allotrope made of carbon. It is a material in which one carbon is combined with other carbon atoms in the form of hexagonal honeycomb pattern to form a tube. This nanometer (nm = one billionth of a meter) is a very small area of material. Such carbon nanotubes have excellent mechanical properties, electrical selectivity, excellent field emission characteristics, high-efficiency hydrogen storage medium characteristics, and are currently being actively studied. Examples of the carbon nanotube synthesis include an electric discharge method, a thermal decomposition method, a laser deposition method, a plasma chemical vapor deposition method, a thermochemical vapor deposition method, an electrolysis method, and a flame synthesis method.

탄소나노튜브는 단독으로는 도체의 성질을 나타내지만 여러 개의 다발로 포개어 있으면 반도체 같은 성질을 나타낸다. 또한 크기가 매우 작고 물성이 다양하여 메모리소자, 전자소자 등으로 이용될 수 있는 등 무한한 응용가능성을 제공한다.Carbon nanotubes alone exhibit conductor properties, but when stacked in multiple bundles, they exhibit semiconductor-like properties. In addition, the size is very small and the physical properties can be used as a memory device, an electronic device, etc. provides infinite applications.

탄소나노튜브의 합성방법으로, 초기에는 주로 전기아크방전 방법을 사용하였으나 현재는 여러 가지 다른 방법이 연구되고 있으며, 대표적인 합성방법으로는 전기아크방전, 레이저증착법, 열분해증착법, 열화학기상증착법, 플라즈마화학기상증착법 등이 있다. 상기 증착방법시 탄소의 소스가스로는 주로 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 벤젠 등의 탄화수소가스를 사용하고 촉매 금속으로는 Ni, Co, Fe 등의 전이금속 또는 그들의 합금을 사용한다.As a method of synthesizing carbon nanotubes, an electric arc discharge method was mainly used, but various other methods are currently being studied. Representative synthesis methods are electric arc discharge, laser deposition method, pyrolysis deposition method, thermochemical vapor deposition method, and plasma chemistry. Vapor deposition. In the deposition method, a hydrocarbon gas such as acetylene, ethylene, methane, or benzene is mainly used as the source gas of carbon, and transition metals such as Ni, Co, Fe, or alloys thereof are used as the catalyst metal.

특히, 탄소나노튜브 합성의 촉매로서 액체 상태의 촉매금속용액을 이용할 경우, 잉크젯 기법 또는 스프레이법, 디핑(dipping)법 등을 이용하여 액체상태의 촉매를 기판 위에 바르고 건조시켜 기판 상에 원하는 형태로 촉매가 형성되도록 할 수 있다. In particular, in the case of using a liquid catalyst metal solution as a catalyst for synthesizing carbon nanotubes, the liquid catalyst is applied onto a substrate using an inkjet method, a spray method, a dipping method, or the like, and dried to a desired shape on the substrate. Catalyst can be formed.

탄소나노튜브 합성기술로는 기판 위에 수직으로 나노튜브를 성장시키는 방법, 촉매금속을 기판에 패터닝(patterning)하여 선택적인 영역에서 탄소나노튜브를 성장시키는 방법, 또는 나노크기의 전자기기에 이용하기 위해 탄소나노튜브를 수평방향으로 성장시키는 방법 등이 시도되고 있다. Carbon nanotube synthesis technology can be used to grow nanotubes vertically on a substrate, to pattern carbon nanotubes on a substrate by patterning catalytic metal on the substrate, or to use nanoscale electronic devices. There have been attempts to grow carbon nanotubes in a horizontal direction.

탄소나노튜브의 제조 방법 중 튜브 성장을 제어할 수 있는 제조법은 화학기상증착법이다. 이 방법에서는 촉매 나노 입자의 지름을 조절함으로써 탄소나노튜브의 지름을 조절할 수 있다. Among the methods for producing carbon nanotubes, a method for controlling tube growth is chemical vapor deposition. In this method, the diameter of the carbon nanotubes can be controlled by controlling the diameter of the catalyst nanoparticles.

지금까지는 기질 표면에 촉매 금속을 박막 형태로 진공증착 한 후 가열하거나 에칭 등을 실시하여 제조한 금속 나노입자를 촉매로 사용하거나, 균일한 지름의 세공을 가진 나노틀에 촉매 금속을 침전시킨 후 촉매로 사용하는 등의 방법이 사용되고 있다. 이러한 방법에서는 촉매 입자의 지름이 균일하지 않다거나 지름을 자유자재로 제어할 수 없는 단점이 있다. Until now, metal nanoparticles prepared by vacuum deposition of catalytic metal on the surface of a substrate in a thin film form and then heated or etched were used as catalysts, or catalyst catalysts were precipitated in nano-frames having uniform diameter pores. The method of using, etc. is used. In this method, there is a disadvantage that the diameter of the catalyst particles is not uniform or the diameter cannot be freely controlled.

이와 같이, 지금까지는 촉매 입자를 별도로 제조하여 탄소나노튜브 합성에 이용하였을 뿐이다. 그 결과, 아직까지는 촉매 금속 이온 용액을 나노틀의 세공과 같은 일정 공간에 채워 그 용액으로부터 균일한 지름의 촉매 나노 입자를 제조하는 기술은 알려져 있지 않다.As such, until now, catalyst particles were prepared separately and used only for carbon nanotube synthesis. As a result, there is no known technique for preparing catalytic nanoparticles having a uniform diameter from the solution by filling a catalyst metal ion solution in a predetermined space such as pores of a nanoframe.

이에 본 발명자들은 균일한 지름의 나노튜브를 제조하는 방법에 대하여 연구하였다. 아울러, 나노튜브의 지름을 자유롭게 조절할 수 있는 나노튜브의 제조방법에 대하여 연구하였다.In this regard, the present inventors have studied a method for producing a nanotube having a uniform diameter. In addition, the method of manufacturing a nanotube that can freely control the diameter of the nanotube was studied.

본 발명에서는 기존에 잘 알려진 2단계 양극산화 (2-step anodization) 방법으로 균일한 지름의 세공이 규칙적으로 배열된 다공성 알루미나 나노틀을 제조하고 나노틀의 세공에 촉매용 금속 이온 용액을 채워 증발시키는 방법으로 균일한 크기의 촉매용 나노입자를 제조하였다. 이때, 촉매용 금속 이온 용액의 농도나 알루미나 나노틀 세공의 깊이 또는 지름을 조절함으로써 촉매 크기를 조절하고 이를 통하여 탄소나노튜브의 지름을 조절할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.In the present invention, a porous alumina nano-frame in which pores of uniform diameter are regularly arranged by a well-known 2-step anodization method is prepared and evaporated by filling a metal ion solution for catalyst in the pores of the nano-frame. Nanoparticles for catalysts of uniform size were prepared by the method. At this time, the present inventors have found that the catalyst size can be adjusted by controlling the concentration of the metal ion solution for catalyst or the depth or diameter of the alumina nano-pores, and thus the diameter of the carbon nanotubes can be adjusted.

따라서, 본 발명의 목적은 촉매용 금속 이온용액을 다공성 알루미나 나노틀의 세공에 채운 후 증발시키는 방법으로 균일한 지름의 촉매 나노입자를 제조하는 방법 및 상기 금속 이온용액의 농도 또는 알루미나 나노틀의 세공 깊이 혹은 지름을 변화시키는 방법으로 촉매 입자의 크기를 조절하여 탄소나노튜브의 지름을 조절하는 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to prepare a catalyst nanoparticles having a uniform diameter by filling the metal ion solution for the catalyst in the pores of the porous alumina nanoframe and evaporated, and the concentration of the metal ion solution or the pores of the alumina nanoframe It is to provide a method of controlling the diameter of the carbon nanotubes by controlling the size of the catalyst particles by changing the depth or diameter.

또한, 본 발명의 목적은 상기 방법을 이용하여 제조된 지름이 균일한 탄소나노튜브를 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a carbon nanotube with a uniform diameter produced using the above method.

본 발명은, 표면에 세공(細孔)을 갖는 알루미나 나노틀을 제조하는 단계; 상기 알루미나 나노틀의 세공에 금속을 침전시키는 단계; 금속이 침전된 상기 알루미나 나노틀의 세공에 촉매용 금속 이온용액을 채운 후 용액을 증발시키는 단계; 용액 증발 후 알루미나 나노틀의 세공을 확장하는 단계; 및 고온 노(furnace)에서 수소 기체를 흘려 용액으로부터 형성된 촉매용 나노입자를 환원시키고 탄화수소 기체를 열분해시키는 단계;를 포함하는 탄소나노튜브의 제조방법을 제공한다.The present invention is to prepare alumina nano-frame having pores on the surface; Depositing a metal in the pores of the alumina nano-frame; Filling a metal ion solution for a catalyst in the pores of the alumina nano-frame in which metal is precipitated, and then evaporating the solution; Expanding the pores of the alumina nanoframe after solution evaporation; And flowing hydrogen gas in a high temperature furnace to reduce the nanoparticles for the catalyst formed from the solution and pyrolysing the hydrocarbon gas.

또한 본 발명은, 표면에 세공(細孔)을 갖는 알루미나 나노틀을 제조하는 단계; 상기 알루미나 나노틀의 세공에 금속을 침전시키는 단계; 및 금속이 침전된 상기 알루미나 나노틀의 세공에 촉매용 금속 이온용액을 채운 후 영구자석 위에서 상기 금속 이온용액을 증발시키는 단계;를 포함하는 촉매용 나노입자의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention is to prepare alumina nano-frame having pores on the surface; Depositing a metal in the pores of the alumina nano-frame; And evaporating the metal ion solution on the permanent magnet after filling the metal ion solution for the catalyst in the pores of the alumina nano-frame in which the metal is precipitated.

상기 알루미나 나노틀을 제조한 데 있어서, 균일한 지름의 세공이 규칙적으로 배열된 알루미나 나노틀을 얻기 위하여, 바람직하게는, 2단계 또는 다단계 양극산화 방법으로 알루미늄 박판을 산화하여 알루미나 나노틀을 제조할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 다단계 양극산화의 마지막 단계에서는 전압을 낮추어 세공 바닥에 가지가 형성되도록 세공을 파는 것이 좋다. 상기 양극산화방법에서 전압 및 전해질의 농도 등을 변화시킴으로써 알루미나 나노틀의 세공의 지름, 깊이 및 간격을 조절할 수 있다. 알루미나 나노틀 세공의 지름이나 깊이가 달라짐에 따라 여기에 채워지는 촉매용 금속 이온용액의 양이 달라지고, 그에 따라 촉매용 금속 이온용액이 증발되어 생기는 촉매용 금속 나노입자의 크기가 달라져, 이러한 촉매에 의하여 형성되는 탄소나노튜브의 지름을 조절할 수 있게 된다.In preparing the alumina nano-frame, in order to obtain alumina nano-frame in which pores of uniform diameter are regularly arranged, preferably, the aluminum sheet is oxidized by a two-stage or multi-stage anodization method to prepare the alumina nano-frame. Can be. More preferably, at the last stage of the multistage anodization, the pores may be dug to lower the voltage to form branches at the bottom of the pores. By changing the voltage and the concentration of the electrolyte in the anodization method, it is possible to control the diameter, depth and spacing of the pores of the alumina nano-frame. As the diameter or depth of the alumina nanopore varies, the amount of the metal ion solution for the catalyst to be filled varies, and accordingly, the size of the catalyst metal nanoparticles generated by evaporation of the metal ion solution for the catalyst is changed, and thus the catalyst It is possible to control the diameter of the carbon nanotubes formed by.

상기 알루미나 나노틀의 세공에 금속을 침전시키기 위하여, 바람직하게는 금속 이온용액을 세공에 주입한 후 이를 전기화학적인 방법으로 환원시켜 금속 침전이 생기게 하는 방법을 이용할 수 있다. 이 때 금속 침전물은 알루미나 나노틀의 세공 바닥에 침전되게 되는데, 나노미터 단위의 지름을 갖는 세공의 바닥에서부터 가늘고 긴 선형의 rod 형태로 침전되기 때문에 금속 나노선(nanowire)라고 한다.In order to precipitate the metal in the pores of the alumina nano-frame, preferably, a metal ion solution may be injected into the pores and then reduced by an electrochemical method to produce a metal precipitate. At this time, the metal precipitates are deposited on the bottom of the pores of the alumina nano-frame, which is called a metal nanowire because it is precipitated in the form of a long, linear rod from the bottom of the pores having a diameter of nanometers.

상기 금속이 침전된 세공에 촉매 금속 이온 용액을 채운 후 이를 증발시킬 때에는 영구 자석 위에서 증발시키는 바람직하다. 영구자석 위에서 증발시킬 경우, 각 세공 속에서 응결되는 입자들이 자석에 끌려 세공 바닥에 한 덩어리로 응결되기 때문에 입자의 형태나 크기가 균일해지며, 그 결과, 응결된 나노입자의 촉매 작용으로 합성되는 탄소나노튜브의 지름이 균일하여지는 장점을 가진다. When the metal is filled with a catalyst metal ion solution in the precipitated pores and then evaporated, the metal is preferably evaporated on the permanent magnet. When evaporated on the permanent magnet, the particles condensed in each pore are attracted to the magnet and condensed into a lump at the bottom of the pore, resulting in uniform particle size and size, resulting in the catalysis of the condensed nanoparticles. The diameter of the carbon nanotubes is uniform.

이때, 금속 이온 용액의 증발로 응결되는 나노미터 단위 크기의 금속 입자가 본 발명에 의한 탄소나노튜브 제조의 촉매로 작용한다. 상기 촉매는 나노미터 크기의 금속 입자이기 때문에, 촉매용 금속 나노입자라고도 한다. 알루미나 나노틀의 세공에 채워지는 금속 이온용액의 농도에 따라 응결되는 촉매용 금속 나노입자의 크기가 달라지고 그에 따라 탄소나노튜브의 지름도 달라진다. 따라서, 상기 금속 이온용액의 농도를 조절함으로써 탄소나노튜브의 지름을 조절할 수 있게 된다.At this time, the metal particles of nanometer unit size condensed by the evaporation of the metal ion solution acts as a catalyst for carbon nanotube production according to the present invention. Since the catalyst is a nanometer-sized metal particle, it is also called a metal nanoparticle for a catalyst. The size of the metal nanoparticles for the condensation varies according to the concentration of the metal ion solution filled in the pores of the alumina nano-frame, and thus the diameter of the carbon nanotubes also changes. Therefore, the diameter of the carbon nanotubes can be adjusted by adjusting the concentration of the metal ion solution.

상기 알루미나 나노틀의 세공을 확장하는 단계에서는, 바람직하게는 상기 알루미나 나노틀을 염기성 용액에 침전시켜 세공이 확장되도록 할 수 있다. 염기성 용액으로서 예를 들면 NaOH 용액이나 KOH 용액에 알루미나 나노틀을 담그면 나노틀을 이루고 있는 알루미나가 녹으므로 나노틀의 세공 바깥 표면에 붙어있던 입자들도 함께 용액으로 떨어져 나간다. 즉, 나노틀의 표면에 형성되는 촉매활성을 갖는 다양한 지름의 입자를 제거하면 세공 속에서 형성된 균일한 크기의 나노입자만이 촉매로 작용하므로 균일한 지름의 탄소나노튜브가 제조된다. 알루미나 나노틀의 세공 속에서 금속 침전물(금속 나노선) 위에 형성된 촉매용 금속 나노입자는 세공속에 있으므로 상대적으로 안전하여 염기용액 속으로 유실될 가능성이 낮다. 아울러, 세공 지름이 확장되므로 탄소나노튜브 제조 시 세공 속으로 기체가 원활하게 들어갈 수 있으므로 튜브 성장이 촉진된다.In the step of expanding the pores of the alumina nano-frame, preferably, the alumina nano-frame may be precipitated in a basic solution to allow the pores to expand. As a basic solution, for example, when alumina nanoframe is immersed in NaOH solution or KOH solution, the alumina constituting the nanoframe melts, and the particles attached to the outer surface of the pores of the nanoframe also fall off into the solution. That is, when the particles of various diameters having the catalytic activity formed on the surface of the nano-frame is removed, only nanoparticles of uniform size formed in the pores act as a catalyst, thereby producing carbon nanotubes of uniform diameter. The metal nanoparticles for the catalyst formed on the metal precipitates (metal nanowires) in the pores of the alumina nanoframes are relatively safe because they are in the pores and thus are unlikely to be lost in the base solution. In addition, since the pore diameter is expanded, gas can be smoothly introduced into the pores during carbon nanotube manufacturing, thereby promoting tube growth.

이와 같이 촉매가 형성되어 있는 알루미나 나노틀에서 탄화수소 기체가 열분해되면서 탄소나노튜브가 형성되어 자라게 된다. 상기 탄화수소 기체로는 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 벤젠 등을 사용할 수 있다.As the hydrocarbon gas is pyrolyzed in the alumina nano-frame in which the catalyst is formed, carbon nanotubes are formed and grow. As the hydrocarbon gas, acetylene, ethylene, methane, benzene and the like can be used.

이하 본 발명을 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail for each step.

(a) 알루미나 나노틀 제조(a) Preparation of Alumina Nano Frame

통상적으로 알루미늄 박판을 산화하여 알루미나 나노틀을 제조한다. 세공들이 규칙적으로 배열된 다공성 알루미나 나노틀의 제작에 있어서, 2단계 혹은 다단계 양극산화 (2-step or multi-step anodization) 방법이 사용된다. 상기 2단계 양극산화 방법은 양극산화방법을 응용한 것으로, 이를 이용하여 다공성 알루미나 나노틀(nanotemplate)을 제작하는 경우 균일한 지름의 세공(pore)들이 나노틀에 수직하게 규칙적으로 배열될 수 있다[H. Masuda and M. Satoh, Jpn. J. Appl. Phys., 35, (1996) L126]. 양극산화 방법은 옥살산, 인산, 황산 등의 산 전해질 용액에, 얇은 알루미늄 판을 양극 그리고 탄소전극 등을 음극으로 하여 직류를 흘려주는 일종의 전기 분해 방법으로서, 이 때 알루미늄이 산화되어 알루미나가 되면서 알루미나 층에 세공이 파지는 것으로 공지되어 있다. 2단계 양극산화 방법은 얇은 알루미늄 판을 장시간(10 시간 이상) 동안 양극산화시켜 세공을 판 후 세공을 이루고 있는 산화층(알루미나 층)을 산 용액에 담가 모두 제거하고 다시 첫 번째 양극산화와 같은 조건에서 원하는 깊이의 세공을 파는 방법이다. 다단계 양극산화 방법은 세공을 파고 산화층을 제거하고 다시 세공을 파는 과정을 2번 이상 반복하는 방법으로 균일한 지름의 세공들이 규칙적으로 배열된 나노틀을 제조하는데 유용한 방법이다. 세공간의 간격은 양극산화 시킬 때 걸어주는 전압에 비례하며, 세공의 깊이는 양극 산화시키는 시간에 비례한다[J.W. Diggle, T.C. Downie, and C.W. Goulding, Chem. Rev. 69 (1969) 365]. 세공의 지름은 인산 같은 산이나 수산화나트륨 같은 염기 용액에서 확장할 수 있다[D. AlMawlawi, N. Coombs, and M. Moskovits, J. Appl. Phys. 70 (1991) 4421]. Typically, aluminum thin plates are oxidized to prepare alumina nano templates. In the fabrication of porous alumina nanostructures in which the pores are arranged regularly, a two-step or multi-step anodization method is used. The two-stage anodization method is an application of an anodization method. When manufacturing a porous alumina nanoplate using the anodic oxidation method, pores having a uniform diameter may be regularly arranged perpendicularly to the nanoframe [ H. Masuda and M. Satoh, Jpn. J. Appl. Phys., 35, (1996) L 126]. Anodizing is a kind of electrolysis method in which a direct current is flowed into an acid electrolyte solution such as oxalic acid, phosphoric acid, sulfuric acid, etc. by using a thin aluminum plate as a positive electrode and a carbon electrode as a negative electrode. In this case, aluminum is oxidized to become alumina layer. It is known that the pores are broken. In the two-stage anodization method, a thin aluminum plate is anodized for a long time (more than 10 hours) to form pores, and then the oxide layer (alumina layer) that forms the pores is immersed in an acid solution to remove all the same. It is a method of digging pores of desired depth. The multi-step anodization method is a method that is useful for producing nano-frames in which pores of uniform diameter are regularly arranged by repeating a process of digging pores, removing an oxide layer, and digging again. The spacing between the pores is proportional to the voltage applied when anodizing and the depth of the pores is proportional to the time of anodizing [J.W. Diggle, T.C. Downie, and C.W. Goulding, Chem. Rev. 69 (1969) 365. The pore diameter can be expanded in acids such as phosphoric acid or base solutions such as sodium hydroxide [D. Al Mawlawi, N. Coombs, and M. Moskovits, J. Appl. Phys. 70 (1991) 4421].

바람직하게는, 황산, 옥살산, 인산 등의 전해질에서 다단계 양극 산화 방법으로 일정한 깊이의 세공을 판 후, 양극 산화의 마지막 단계에서 전압을 낮추는 방법(voltage drop method)으로 세공 바닥을 가지형으로 만든다. 필요한 경우 인산이나 NaOH 용액에서 세공 지름을 확장할 수 있다.Preferably, the pore bottom is branched by a voltage drop method in the final step of the anodic oxidation after digging a predetermined depth of pores in an electrolyte such as sulfuric acid, oxalic acid and phosphoric acid. If necessary, the pore diameter can be extended in phosphoric acid or NaOH solutions.

세공 바닥을 가지형으로 만듦으로써, 이어지는 단계에서 세공 바닥에 전기화학적인 방법으로 침전된 가늘고 긴 rod 형태의 침전물인 Co 등의 금속 나노선(nanowire)이 세공에서 빠져나가지 못하게 하며, 결과적으로 침전된 금속 나노선이 탄소나노튜브 제조시 촉매로 작용하는 것을 막아준다. 참고로, 세공 속에 든 금속 나노선이 촉매로 작용하기 위해서는 촉매 입자가 움직일 수 있어야하며 성장하는 튜브 끝에 위치하여 tip growth mechanism으로 튜브가 자랄 수 있어야 한다. 즉, 세공 속에서 금속 입자가 움직이지 못하면 촉매로 작용할 수 없게 된다. By making the bottom of the pore into a branch, metal nanowires such as Co, which are elongated rod-shaped precipitates deposited on the bottom of the pore by an electrochemical method in the subsequent step, are prevented from escaping from the pore. Prevents metal nanowires from acting as catalysts in the production of carbon nanotubes. For reference, in order for a metal nanowire in a pore to act as a catalyst, the catalyst particles must be able to move, and the tube must be able to grow with a tip growth mechanism at the end of the growing tube. In other words, if metal particles do not move in pores, they cannot act as catalysts.

(b) 소량의 금속을 세공에 침전시키는 단계(b) precipitating a small amount of metal in the pores

Co2 +, Fe2 +, Fe3 + 등의 금속 이온 용액에 나노틀을 담근 후 전기화학적인 방법으로 소량의 금속을 세공에 침전시킨다. 금속 이온은 전자를 받아 환원되면서 세공 바닥에서부터 가늘고 긴 rod 형태로 채워져 금속 나노선의 형태를 갖는다. 상기 금속 나노선은 금속이온의 환원에 의하여 세공 바닥에서부터 채워진 긴 모양의 금속 rod로서, 일반적으로 rod의 한쪽 끝은 세공 바닥에 있고 다른 한쪽 끝은 세공 중간에 있게 된다. 세공 바닥에 금속 나노선을 침전시킨 후 탄소나노튜브를 합성하는 경우(도 2c, 도 3 참고)에, 금속 나노선을 침전시키지 않은 경우(도 2a, 2b 참고)보다 훨씬 많은 탄소나노튜브가 자라는 것을 관찰할 수 있다.Co 2 +, Fe 2 +, to precipitate a small amount of a metal by electrochemical method after immersing the nano framework the metal ion solution, such as Fe 3 + in the pore. The metal ions are electron-reduced and filled with elongated rods from the bottom of the pores to form metal nanowires. The metal nanowire is an elongated metal rod filled from the bottom of the pore by reduction of metal ions. In general, one end of the rod is at the bottom of the pore and the other end is at the center of the pore. When carbon nanotubes are synthesized after the metal nanowires are deposited on the bottom of the pores (see FIGS. 2C and 3), much more carbon nanotubes grow than when the metal nanowires are not precipitated (see FIGS. 2A and 2B). Can be observed.

이러한 관찰 결과로부터, 금속 이온 용액이 증발하면서 형성되는 촉매용 나노입자는 알루미나인 세공 바닥에 형성될 때보다 세공에 침전된 금속 나노선의 단면에 형성될 때 표면으로부터 더 쉽게 떨어질 수 있어 튜브가 더 자란다고 여겨진다. From these observations, catalyst nanoparticles formed as the metal ion solution evaporates can fall off the surface more easily when formed on the cross section of the metal nanowires deposited in the pores than when they are formed at the bottom of the alumina pores, resulting in more tube growth. Is considered.

(c) 세공에 금속 이온용액을 채운 후 증발시키는 단계(c) filling the pores with metal ion solution and evaporating

상기 알루미나 나노틀의 세공에 금속 이온 용액을 채운 후 용액을 증발시킨다. 금속이온용액으로서는 Fe2 +, Fe3 + Co2 + 또는 Ni2 +의 이온용액을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 금속이온용액을 영구 자석 위에서 증발시키는 것이 좋다. 금속 이온용액을 영구 자석 위에서 증발시킨 후 탄소나노튜브를 합성하는 경우 균일한 지름의 튜브가 자라나지만(도 2b, 도 3 참고), 그렇지 않은 경우 탄소나노튜브의 지름이 균일하지 않다(도 2a, 2c 참고).After filling the metal ion solution in the pores of the alumina nano-frame, the solution is evaporated. As the metal ion solution may be an ion solution of Fe 2 +, Fe 3 + Co 2 + or Ni 2 +. Preferably, the metal ion solution may be evaporated on a permanent magnet. When carbon nanotubes are synthesized after evaporation of the metal ion solution on the permanent magnet, a tube having a uniform diameter grows (see FIGS. 2B and 3), but otherwise the diameter of the carbon nanotubes is not uniform (FIG. 2A, 2c).

촉매용 금속원자 및 이온들은 상자기성을 가지고 있어 세공 밑에 놓여 있는 영구 자석에 끌린다. 용액이 증발하면서 응결된 입자들이 침전될 때 세공 바닥으로 당겨져 하나의 입자로 응결되며 이 응결된 입자의 촉매 작용으로 튜브가 자라기 때문에 균일한 지름의 튜브가 자랄 수 있다. 이때 금속 이온용액의 원자가 수십 개 혹은 수백 개가 모여 촉매 입자를 형성하며 입자의 지름에 비례하여 탄소나노튜브의 지름이 바뀐다. Catalytic metal atoms and ions are paramagnetic and attracted to permanent magnets lying under pores. As the condensed particles precipitate as the solution evaporates, they are pulled to the bottom of the pore to condense into a single particle, and the tube grows due to the catalysis of the condensed particles, so that a tube of uniform diameter can grow. At this time, dozens or hundreds of atoms of the metal ion solution gather to form catalyst particles, and the diameter of the carbon nanotubes changes in proportion to the diameter of the particles.

양극산화 방법으로 제조된 다공성 알루미나 나노틀의 세공의 지름과 깊이가 매우 균일하므로, 금속 이온 용액의 농도를 조절하므로 용액이 증발하면서 침전되는 금속 촉매입자의 크기 즉 지름을 조절할 수 있다. 도 3의 (a), (b) 및 (c)는, 균일한 지름(35 nm)과 깊이(1 ㎛)를 가진 세공에 Co 나노선의 길이가 400 nm 정도가 되도록 전기화학적인 방법으로 Co를 채운 후, 철 이온의 농도가 1x10-3 M, 3x10-3 M, 6x10-3 M인 용액을 채워 형성된 철 촉매 나노입자로부터 자란 탄소나노튜브들로 평균 지름이 각각 7 nm, 13 nm, 17 nm로 매우 균일함을 보여준다.Since the diameter and depth of the pores of the porous alumina nano-frame prepared by the anodizing method are very uniform, the concentration of the metal ion solution is controlled, so that the size of the metal catalyst particles precipitated while the solution evaporates can be controlled. (A), (b) and (c) of FIG. 3 show that Co is electrochemically so that Co nanowires have a length of about 400 nm in pores having a uniform diameter (35 nm) and depth (1 μm). After filling, carbon nanotubes grown from iron-catalyzed nanoparticles formed by filling solutions with iron concentrations of 1x10 -3 M, 3x10 -3 M, and 6x10 -3 M, respectively, with average diameters of 7 nm, 13 nm, and 17 nm, respectively. Very uniform.

이상의 단계에 의하여 촉매용 금속 나노입자가 제조된다.By the above steps, the metal nanoparticles for the catalyst are prepared.

아울러, 상기 촉매용 금속 나노입자를 이용하여 탄소나노튜브를 제조하기 위하여 하기의 단계를 더 거친다.In addition, the carbon nanotubes using the catalyst metal nanoparticles are further subjected to the following steps.

(d) 촉매금속이 형성된 알루미나 나노틀의 세공을 확장하는 단계(d) expanding the pores of the alumina nano-frame on which the catalytic metal is formed

촉매 금속이 형성된 알루미나 나노틀의 세공을 확장한다. 세공을 확장하기 위하여 상기 알루미나 나노틀을 염기 용액으로 처리하는 방법이 있다. 즉, NaOH 또는 KOH 같은 염기 용액 속에, 내부에 촉매 금속이 형성되어 있는 상기 알루미나 나노틀을 1 분 정도의 시간동안 침지시켜 두는 것이다. 바람직하게는, 상기 염기 중 NaOH 용액을 사용할 수 있다.The pores of the alumina nanoframe in which the catalytic metal is formed are expanded. There is a method of treating the alumina nanoframe with a base solution to expand the pores. That is, in the base solution such as NaOH or KOH, the alumina nano-frame in which the catalyst metal is formed is immersed for about 1 minute. Preferably, a solution of NaOH in the base can be used.

염기 용액에 담가 알루미나 나노틀의 세공을 확장하는 것은 두 가지의 역할을 한다. The expansion of the pores of the alumina nanoframe by immersion in the base solution serves two roles.

첫째, 금속 이온 용액을 증발시키면 세공에 채워진 용액에서 형성되는 촉매용 금속 나노입자 외에 나노틀의 표면의 용액이 증발하여 나노틀 표면에도 촉매활성을 갖는 금속 입자들이 만들어지는데, 이를 염기 용액에 담그면 나노틀을 이루고 있는 알루미나가 녹으므로 나노틀의 외부 표면에 붙어있던 입자들이 용액으로 떨어져 나간다. 즉, 나노틀 외부 표면에 형성되는 서로 다른 지름의 금속 입자들이 제거되기 때문에 세공 속에 형성되는 균일한 지름의 나노입자들로부터 균일한 지름의 탄소나노튜브가 제조된다.First, when the metal ion solution is evaporated, in addition to the catalyst metal nanoparticles formed in the pore-filled solution, the solution on the surface of the nanoframe evaporates to produce metal particles having catalytic activity on the surface of the nanoframe. As the alumina that forms the frame melts, the particles that adhered to the outer surface of the nanoframe fall off into the solution. That is, since the metal particles of different diameters formed on the outer surface of the nano-frame is removed, carbon nanotubes having a uniform diameter are manufactured from nanoparticles having a uniform diameter formed in the pores.

둘째, 세공 지름이 확장되므로 탄소나노튜브 제조시 세공 속으로 기체가 원활하게 들어갈 수 있으므로 튜브 성장이 촉진된다. Second, because the pore diameter is expanded, the gas can be smoothly introduced into the pores during the production of carbon nanotubes, thereby promoting tube growth.

상기 세공 확장은 세공에 침전된 입자를 수소 기체로 환원시키기 전에 실시하거나 혹은 환원시킨 후 세공 확장을 시킬 수 있다.The pore expansion may be carried out before the particles precipitated in the pores are reduced to hydrogen gas or after the pore expansion.

(e) 수소 기체로 촉매용 금속 나노입자를 환원시키고 탄화수소 기체를 열분해시키는 단계(e) reducing the catalytic metal nanoparticles with hydrogen gas and pyrolyzing the hydrocarbon gas

상기 알루미나 나노틀에 수소 기체를 흘려 촉매용 금속 나노입자를 환원시킨 후 아세틸렌 등의 탄화수소나 일산화탄소를 열분해시켜 탄소나노튜브를 제조한다.Hydrogen gas is flowed into the alumina nano-frame to reduce the metal nanoparticles for the catalyst, and carbon nanotubes are prepared by pyrolyzing hydrocarbons such as acetylene and carbon monoxide.

상기 금속이온 용액으로부터 형성된 촉매용 금속 나노입자는 탄화수소의 열분해 반응의 촉매로 작용하여 탄소나노튜브가 합성되어 자라게 된다.The metal nanoparticles for the catalyst formed from the metal ion solution act as a catalyst for the pyrolysis reaction of the hydrocarbon to grow carbon nanotubes.

이하 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples.

하기의 실시예들은 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 이러한 실시예에 의하여 본원발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.The following examples are intended to illustrate the present invention in detail, and the scope of the present invention is not limited by these examples.

<참고예 1> 알루미나 나노틀의 제조Reference Example 1 Preparation of Alumina Nano Frame

알루미늄판(가로 5cm ×세로 2 cm ×두께 0.05cm)의 표면을 깨끗이 닦은 후, 0.3M 농도의 옥살산 용액 150㎖에 넣고, 알루미늄판을 양극 그리고 탄소전극을 음극으로 하여 17℃에서 40 V 직류를 15시간 동안 흘려주었다.After wiping the surface of aluminum plate (5cm × 2cm × 0.05cm), put it in 150ml of 0.3M oxalic acid solution, and use 40V DC at 17 ℃ with anode and carbon electrode as cathode. Spilled for 15 hours.

이후, 60℃의 인산(6 wt%)과 크롬산(1.8 wt%) 혼합 용액에 12 시간 정도 담가 첫 번째 양극산화로 생긴 알루미나층을 제거한다. 알루미나층을 제거한 후 첫 번째 양극산화 같은 조건에서 두 번째 양극산화를 15 분 정도 시켰다.Subsequently, the alumina layer resulting from the first anodization was removed by immersing in a mixed solution of phosphoric acid (6 wt%) and chromic acid (1.8 wt%) at 60 ° C. for about 12 hours. After removing the alumina layer, the second anodization was performed for 15 minutes under the same conditions as the first anodization.

또한, 세공 바닥을 가지 모양으로 만들기 위하여, 최종 양극산화에서는 전압을 40 V에서 4 단계에 걸쳐 10 V로 낮추었다.In addition, in order to make the pore bottom into a branch, in the final anodization, the voltage was lowered from 40 V to 10 V in four steps.

그 결과, 표면에 세공이 규칙적으로 형성되어 있는 알루미나 나노틀을 제조하였다. (도 5 참조)As a result, an alumina nano-frame having pores regularly formed on the surface was produced. (See Figure 5)

세공의 지름: 35 nmDiameter of the pores: 35 nm

세공의 깊이: 1 ㎛Depth of pores: 1 ㎛

세공 사이의 간격: 104 nm, 세공들 사이의 각도 60°Spacing between pores: 104 nm, angle between pores 60 °

<참고예 2> 알루미나 나노틀의 제조Reference Example 2 Preparation of Alumina Nano Frame

옥살산 대신 전해질로 0.3 M 황산을 사용하였으며 전압을 25 V dc 그리고 전해질 용액의 온도를 0℃로 하여 상기 참고 실시예 1과 동일한 방법으로 알루미나 나노틀을 제조하였다.0.3 M sulfuric acid was used as an electrolyte instead of oxalic acid, and alumina nano-frames were prepared in the same manner as in Reference Example 1, with a voltage of 25 V dc and a temperature of an electrolyte solution of 0 ° C.

세공의 지름: 18 nmDiameter of the pores: 18 nm

세공의 깊이: 1 ㎛Depth of pores: 1 ㎛

세공 사이의 간격: 65 nm, 세공들 사이의 각도 60°Spacing between pores: 65 nm, angle between pores 60 °

<실시예 1><Example 1>

상기 참고예 1에서 제조된 알루미나 나노틀을 0.4 M 농도의 Co2 + 용액에 담근 후 흑연을 다른 전극으로 하여 교류 전원을 걸어주었다. 전압은 15V였으며 30 초 동안 전압을 걸어주어, 상기 용액 중의 Co2 + 이온을 환원시켜 세공 바닥에서부터 침전되도록 하였다. 침전된 Co 나노선의 지름은 세공 지름과 같은 약 35 nm 이며 길이는 약 400nm이었다.After dipping the alumina nano-frame prepared in Reference Example 1 in a Co 2 + solution of 0.4 M concentration, the AC power was applied using graphite as another electrode. Voltage was 15V is given a voltage is applied for 30 seconds, by reducing the Co + 2 ions in the solution to be precipitated from the bottom pores. The diameter of the precipitated Co nanowires was about 35 nm, the same as the pore diameter, and about 400 nm in length.

이어, 상기 세공에 1×10-3M 농도의 철 용액을 세공높이만큼 채운 후 100 Gauss의 영구자석 위에서 상온에서 3 시간 동안 방치하여 용액을 말려서 금속 나노입자가 침전되도록 하였다.Subsequently, the pores were filled with an iron solution having a concentration of 1 × 10 −3 M by the pore height, and left at room temperature for 3 hours on a permanent magnet of 100 Gauss to dry the solution to precipitate the metal nanoparticles.

상기 금속 나노입자가 침전된 알루미나 나노틀을 0.1 M 농도의 NaOH 용액에 1 분 동안 침지시켜 알루미나 나노틀의 세공을 확장시키는 동시에 외부의 금속촉매입자를 제거하였다.The alumina nano-frame in which the metal nanoparticles were precipitated was immersed in a 0.1 M NaOH solution for 1 minute to expand the pores of the alumina nano-frame and remove external metal catalyst particles.

이때, 세공 내부의 금속촉매입자가 세공 밖으로 빠져나오는 것을 방지하기 위하여 매우 조심스럽게 다루었다. At this time, the metal catalyst particles inside the pores were treated very carefully in order to prevent them from coming out of the pores.

상기 세공이 확장된 알루미나 나노틀을 튜브 노(furnace)에 넣어 600℃의 온도 및 100 ㎖/min의 유속의 수소 기체와 1 시간 동안 접촉시켰다.The expanded alumina nanoscale was placed in a tube furnace and contacted with hydrogen gas at a temperature of 600 ° C. and a flow rate of 100 ml / min for 1 hour.

바로, 아세틸렌 기체로 열분해시켜 탄소나노튜브를 제조하였다. 이때, 아세틸렌(5%)과 질소의 혼합 기체를 600℃의 온도에서 10분 동안 100 ㎖/min로 흘려 탄소나노튜브를 합성하였다.Immediately, pyrolysis with acetylene gas to prepare carbon nanotubes. In this case, a mixture of acetylene (5%) and nitrogen was flowed at 100 ml / min for 10 minutes at a temperature of 600 ° C. to synthesize carbon nanotubes.

그 결과, 지름이 7nm이고 길이는 1㎛ 이상인 탄소나노튜브를 얻을 수 있었다. (도 3(a) 참조)As a result, carbon nanotubes having a diameter of 7 nm and a length of 1 μm or more were obtained. (See Figure 3 (a))

<실시예 2><Example 2>

금속 나노입자 촉매를 위하여 3×10-3M 농도의 철 용액을 사용하였다는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소나노튜브를 제조하였다.Carbon nanotubes were prepared in the same manner as in Example 1 except that an iron solution having a concentration of 3 × 10 −3 M was used for the metal nanoparticle catalyst.

그 결과, 평균 지름이 13nm이고 길이가 1㎛ 이상인 탄소나노튜브를 얻을 수 있었다.As a result, carbon nanotubes having an average diameter of 13 nm and a length of 1 μm or more were obtained.

<실시예 3><Example 3>

금속 나노입자 촉매를 위하여 6×10-3M 농도의 철 용액을 사용하였다는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소나노튜브를 제조하였다.Carbon nanotubes were prepared in the same manner as in Example 1 except that an iron solution of 6 × 10 −3 M concentration was used for the metal nanoparticle catalyst.

그 결과, 평균 지름이 17nm이고 길이가 1㎛ 이상인 탄소나노튜브를 얻을 수 있었다.As a result, carbon nanotubes having an average diameter of 17 nm and a length of 1 μm or more were obtained.

<비교예 1>Comparative Example 1

금속나노선을 형성하지 않고, 또한 금속이온 용액을 말리는 단계에서도 영구자석이 없는 곳에서 말린다는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소나노튜브를 제조하였다. 결과는 도 2a와 같다. 즉, 도 2a에서 보는 바와 같이, 탄소 나노튜브의 지름이 균일하지 않고, 자란 튜브의 개수도 많지 않은 것을 알 수 있다.Carbon nanotubes were prepared in the same manner as in Example 1, except that the metal nanowires were not dried and dried in a place where there was no permanent magnet even when the metal ion solution was dried. The results are shown in Figure 2a. That is, as shown in Figure 2a, it can be seen that the diameter of the carbon nanotubes are not uniform, and the number of grown tubes is not too many.

<비교예 2>Comparative Example 2

금속나노선을 형성하지 않고, 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소나노튜브를 제조하였다. 결과는 도 2b와 같다. 즉, 도 2b에서 보는 바와 같이, 탄소 나노튜브의 지름은 균일하나 자란 튜브의 개수가 많지 않은 것을 알 수 있다.Carbon nanotubes were prepared in the same manner as in Example 1 without forming metal nanowires. The results are shown in Figure 2b. That is, as shown in Figure 2b, it can be seen that the diameter of the carbon nanotubes is uniform, but the number of the grown tube is not many.

<비교예 3>Comparative Example 3

금속이온 용액을 말리는 단계에서, 영구자석이 없는 곳에서 말린다는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소나노튜브를 제조하였다. 결과는 도 2c와 같다. 즉, 도 2c에서 보는 바와 같이, 거의 모든 세공에서 탄소나노튜브가 자랐으나 탄소나노튜브의 지름이 균일하지 않은 것을 알 수 있다.In the drying of the metal ion solution, carbon nanotubes were prepared in the same manner as in Example 1 except that the metal ion solution was dried in the absence of permanent magnets. The results are shown in Figure 2c. That is, as shown in Figure 2c, the carbon nanotubes grew in almost all pores, but it can be seen that the diameter of the carbon nanotubes are not uniform.

<비교예 4><Comparative Example 4>

알루미나 나노틀의 세공을 확장하지 않고, 즉, 금속 나노입자 촉매가 형성된 알루미나 나노틀을 염기성 용액에 처리하지 않는다는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소나노튜브를 제조하였다. 결과는 도 4와 같다. 즉, 도 4에서 보는 바와 같이, 이 경우, 탄소나노튜브의 지름이 매우 큰 튜브가 존재하는 것을 알 수 있다.Carbon nanotubes were prepared in the same manner as in Example 1, except that the pores of the alumina nano-frames were not expanded, that is, the alumina nano-frames on which the metal nanoparticle catalysts were formed were not treated in the basic solution. The results are shown in FIG. That is, as shown in Figure 4, in this case, it can be seen that there is a tube having a very large diameter of the carbon nanotubes.

본 발명의 방법으로 나노 촉매 입자를 만드는 경우 입자의 크기가 매우 균일하다. 또한 금속 이온 용액의 농도를 조절해서 입자의 크기를 쉽게 조절할 수 있으며 결과적으로 탄소나노튜브의 지름을 조절할 수 있다.When the nanocatalyst particles are produced by the method of the present invention, the size of the particles is very uniform. In addition, the size of the particles can be easily controlled by adjusting the concentration of the metal ion solution, and as a result, the diameter of the carbon nanotubes can be controlled.

도1은 다공성 알루미나 나노틀에 금속을 침전시키는 과정, 여기에 금속 이온용액을 채우는 과정, 상기 금속 이온용액을 증발시켜 촉매용 나노입자를 형성하는 과정, 탄소나노튜브를 형성하는 과정을 나타내는 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a process of depositing a metal in a porous alumina nanoframe, filling a metal ion solution therein, forming a catalyst nanoparticle by evaporating the metal ion solution, and forming a carbon nanotube. .

도2는 다공성 알루미나 나노틀의 세공에 금속 이온용액을 채우고 영구자석이 없는 곳에서 상기 용액을 증발시키고, 세공을 확장한 후 탄소나노튜브를 제조한 경우(a); 나노틀의 세공에 금속 이온용액을 채우고 영구자석 위에서 증발시키고 세공을 확장한 후 탄소나노튜브를 제조한 경우(b); 및 나노틀의 세공에 전기화학적인 방법으로 Co 금속을 침전시킨 후 금속 이온용액을 채우고 영구자석이 없는 곳에서 상기 용액을 증발시키고 세공을 확장한 후 탄소나노튜브를 제조한 경우(c);의 SEM (scanning electron microscope) 사진이다.Figure 2 is a case where the carbon nanotubes are prepared after filling the pores of the porous alumina nano-frame with a metal ion solution and evaporating the solution in the absence of permanent magnets and expanding the pores (a); (B) preparing carbon nanotubes by filling a metal ion solution in the pores of the nano-frame, evaporating them on the permanent magnet, and expanding the pores; And (c) preparing carbon nanotubes by depositing Co metal by electrochemical method in the pores of the nano-frame, filling the metal ion solution, evaporating the solution in the absence of permanent magnets, and expanding the pores. SEM (scanning electron microscope) photograph.

도 3은 알루미나 나노틀의 세공 바닥에 전기화학적인 방법으로 금속을 침전시킨 후 촉매용 금속 이온 용액을 채우고 영구자석 위에서 상기 용액을 증발시키고 세공을 확장한 후 탄소나노튜브를 제조한 경우의 SEM 사진이다. 그림 3의 (a), (b) 및 (c)는 각각 철 이온 용액의 농도가 1x10-3M, 3x10-3M, 6x10-3M이며 생성된 탄소나노튜브의 평균 지름은 각각 7nm, 13nm, 17nm이다.FIG. 3 is a SEM image of carbon nanotubes prepared after depositing a metal on the bottom of pores of an alumina nanoframe by electrochemical method, filling a metal ion solution for catalyst, evaporating the solution on a permanent magnet, and expanding pores. to be. (A), (b) and (c) in Figure 3 show the concentrations of iron ionic solutions 1x10 -3 M, 3x10 -3 M, and 6x10 -3 M, respectively, and the average diameters of the resulting carbon nanotubes are 7 nm and 13 nm, respectively. , 17 nm.

도 4는 알루미나 나노틀의 세공 바닥에 전기화학적인 방법으로 금속을 침전시킨 후 촉매 금속 이온 용액을 채우고 영구자석 위에서 말린 후 나노틀의 세공을 확장하지 않고 탄소나노튜브를 제조한 경우의 SEM 사진이다. FIG. 4 is a SEM photograph of carbon nanotubes prepared without depositing pores of a nanoframe after filling a catalyst metal ion solution by electrochemical method at the bottom of the pores of an alumina nanoframe, drying with a catalyst metal ion solution. .

도 5는 옥살산 용액을 이용하여 2단계 양극산화 방법으로 알루미나 나노틀을 제조하는 경우의 SEM 사진이다.FIG. 5 is a SEM photograph of alumina nanoframes prepared by a two-step anodization using an oxalic acid solution.

Claims (9)

표면에 세공(細孔)을 갖는 알루미나 나노틀을 제조하는 단계; Preparing an alumina nano mold having pores on its surface; 상기 알루미나 나노틀의 세공에 금속을 침전시키는 단계; Depositing a metal in the pores of the alumina nano-frame; 금속이 침전된 상기 알루미나 나노틀의 세공에 촉매용 금속 이온 용액을 채운 후 용액을 증발시키는 단계; Filling a metal ion solution for a catalyst in the pores of the alumina nano-frame in which metal is precipitated, and then evaporating the solution; 용액이 증발된 알루미나 나노틀의 세공을 확장하는 단계; 및Expanding the pores of the alumina nanoframe in which the solution is evaporated; And 수소 기체를 흘려 나노입자를 환원시키고 탄화수소 기체를 열분해시키는 단계;Flowing hydrogen gas to reduce the nanoparticles and pyrolysing the hydrocarbon gas; 를 포함하는 탄소나노튜브의 제조방법.Carbon nanotube manufacturing method comprising a. 제 1항에 있어서, 상기 금속이 침전된 세공에 촉매용 금속 이온 용액을 채운 후 이를 증발시키는 단계는 영구 자석 위에서 실시되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브의 제조방법.The method of claim 1, wherein the metal pore in which the metal is deposited is filled with a catalyst metal ion solution and then evaporated therein. 제 1항에 있어서, 상기 다공성 알루미나 나노틀의 제조에서, According to claim 1, In the production of the porous alumina nano-frame, 다단계 양극산화 방법으로 규칙적으로 배열된 일정 깊이의 세공을 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브의 제조방법. A method for producing carbon nanotubes, characterized in that to form pores of a predetermined depth arranged regularly by a multi-step anodization method. 제 3항에 있어서, 상기 다단계 양극산화의 마지막 단계에서는 전압을 낮추어 세공 바닥에 가지가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브의 제조방법.4. The method of claim 3, wherein in the last step of the multi-stage anodization, the voltage is lowered to form branches at the bottom of the pores. 제 1에 있어서, 상기 금속을 침전시키는 단계에 있어서, 상기 알루미나 나노틀을 철 또는 코발트 금속 이온 용액에 담가 전기 화학적인 방법으로 금속을 세공 바닥에 침전시키는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브의 제조방법.The method of claim 1, wherein in the precipitating of the metal, the alumina nanoframe is immersed in an iron or cobalt metal ion solution to precipitate the metal at the bottom of the pores by an electrochemical method. 제 1항에 있어서, 상기 알루미나 나노틀의 세공에 촉매 금속 이온 용액을 채운 후 증발시키는 단계에서, 상기 금속 이온 용액은 철 또는 코발트 이온 용액인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브의 제조방법.The method of claim 1, wherein in the evaporation after filling the pores of the alumina nano-frame with a catalytic metal ion solution, the metal ion solution is iron or cobalt ion solution. 제 1 항에 있어서, 상기 알루미나 나노틀의 세공을 확장시키는 단계는 상기 알루미나 나노틀을 염기 용액에 침지시킴으로써 세공이 확장되도록 하는 것임을 특징으로 하는 탄소나노튜브의 제조방법.The method of claim 1, wherein the expanding of the pores of the alumina nanoframe is to expand the pores by immersing the alumina nanotle in a base solution. 제 7항에 있어서, 상기 염기용액은 NaOH 또는 KOH 용액인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브의 제조방법. 8. The method of claim 7, wherein the base solution is NaOH or KOH solution. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 의한 방법으로 제조된 탄소나노튜브.Carbon nanotubes prepared by the method according to any one of claims 1 to 8.
KR1020050101415A 2005-10-26 2005-10-26 A method for preparing carbon nanotubes using alumina templates and carbon nanotubes KR20050106386A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050101415A KR20050106386A (en) 2005-10-26 2005-10-26 A method for preparing carbon nanotubes using alumina templates and carbon nanotubes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050101415A KR20050106386A (en) 2005-10-26 2005-10-26 A method for preparing carbon nanotubes using alumina templates and carbon nanotubes

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030042107A Division KR20050001050A (en) 2003-06-26 2003-06-26 A method for preparing carbon nanotubes using alumina templates and carbon nanotubes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20050106386A true KR20050106386A (en) 2005-11-09

Family

ID=37283277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050101415A KR20050106386A (en) 2005-10-26 2005-10-26 A method for preparing carbon nanotubes using alumina templates and carbon nanotubes

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20050106386A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100982092B1 (en) * 2007-09-28 2010-09-13 광주과학기술원 Method of forming Carbon Structure Stamp

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100982092B1 (en) * 2007-09-28 2010-09-13 광주과학기술원 Method of forming Carbon Structure Stamp

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gao et al. Diamond-based supercapacitors: realization and properties
US20060289351A1 (en) Nanostructures synthesized using anodic aluminum oxide
Jeong et al. Carbon nanotubes based on anodic aluminum oxide nano-template
Fu et al. Electroplating of metal nanotubes and nanowires in a high aspect-ratio nanotemplate
CN108698849B (en) Production of graphene-based composite nanostructures by growing zinc oxide nanorods or nanorods on suspended non-loaded graphene nanoplates
JP5942115B2 (en) Method for producing single crystal copper (I) oxide nanowire array using low temperature electrochemical growth
US8822000B2 (en) Nanostructure and method for manufacturing the same
Chen et al. Fabrication of one-dimensional ZnO nanotube and nanowire arrays with an anodic alumina oxide template via electrochemical deposition
So et al. The double-walled nature of TiO2 nanotubes and formation of tube-in-tube structures–a characterization of different tube morphologies
JP2009040673A (en) Method for manufacturing porous graphite carbon with high crystallinity and catalyst for fuel cell using the graphite carbon as carrier
JP5412848B2 (en) Manufacturing method of microstructure material
Mebed et al. Electrochemical fabrication of 2D and 3D nickel nanowires using porous anodic alumina templates
Eessaa et al. Review on fabrication, characterization, and applications of porous anodic aluminum oxide films with tunable pore sizes for emerging technologies
Zeeshan et al. Structural and magnetic characterization of batch-fabricated nickel encapsulated multi-walled carbon nanotubes
JPH11246300A (en) Titanium nano fine wire, production of titanium nano fine wire, structural body, and electron-emitting element
KR20100021332A (en) Enhanced carbon nanotube
KR20130025475A (en) Photocatalytic membrane and manufacturing method of the same
Wei Wang et al. Controllable synthesis and magnetic properties of ferromagnetic nanowires and nanotubes
KR20050106386A (en) A method for preparing carbon nanotubes using alumina templates and carbon nanotubes
JP2005047763A (en) Carbon nano- and micro-meter structures and method for manufacturing them
JP5176277B2 (en) Method for producing carbon nanostructure and catalyst substrate
JP2004243477A (en) Manufacturing method of carbonaceous nanostructure, carbonaceous nanostructure and electron source using it
KR20050001050A (en) A method for preparing carbon nanotubes using alumina templates and carbon nanotubes
Kong Synthesis of Y-junction carbon nanotubes within porous anodic aluminum oxide template
Eswaramoorthi et al. Anodic titanium oxide: a new template for the synthesis of larger diameter multi-walled carbon nanotubes

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
J501 Disposition of invalidation of trial